ГДЗ по химии 9 класс, базовый уровень учебник Габриелян, Остроумов — страница 189

   Основные вещества природных соединений металлов относятся к оксидам и солям (галогениды, карбонаты, сульфаты и сульфиды). Например:

   Сплав железа с углеродом, в котором массовая доля углерода составляет от 2 до 4%, называют чугуном.
   Из за хрупкости чугун нельзя ковать или прокатывать, однако это достаточно твёрдый и прочный сплав. Изделия из него получают методом литья: расплавленный чугун заливают в формы и охлаждают.
   Для того, чтобы придать ковкость чугуну, из него удаляют излишки углерода, выжигая его в специальных печах — конвертерах.
   Так чугун превращают в сталь.
   Сплав железа с углеродом, в котором массовая доля углерода составляет от 0,2 до 2%, называют сталью.

   а) электролиз хлорида калия:

    На катоде: K⁺ + ē → К
    На аноде: 2Сl – 2ē → Cl₂

б) электролиз бромида натрия:

    На катоде: Na⁺ + ē → Na
    На аноде: 2Br – 2ē → Br₂

в) электролиз хлорида магния:

    На катоде: Mg²⁺ + 2ē → Mg
    На аноде: 2Сl – 2ē → Cl₂

      Сообщение на тему: «Металлургическое производство и его продукция»
   Металлургия — это отрасль, которая превращает руду в металлы и сплавы, а потом делает из них полезные вещи. Мы каждый день сталкиваемся с её продукцией: ложка на кухне, рельсы для поезда, кузов машины, каркас небоскрёба – всё это родом из металлургии.
   Всё начинается с руды — природного сырья, где металл содержится в виде соединений (например, оксидов или сульфидов). Чтобы добыть металл, руду сначала подготавливают: дробят, очищают от пустой породы, чтобы повысить содержание нужного элемента. Дальше идут главные этапы:
   Восстановление металла. Для железа это часто делают в доменной печи: руду плавят с коксом (углем) и флюсами. Получается чугун — сплав железа с углеродом. Потом чугун перерабатывают в сталь, убирая лишние примеси и регулируя количество углерода.
   Для активных металлов (вроде алюминия) обычный уголь не годится: вместо чистого металла получатся другие соединения. Поэтому используют электролиз расплавов — так, например, алюминий получают из оксида алюминия в смеси с криолитом.
   Для цветных металлов (меди, цинка, никеля) часто сначала обжигают сульфидную руду, чтобы получить оксид, а затем восстанавливают металл. Иногда применяют гидрометаллургию: растворяют соединение в кислоте, а металл выделяют из раствора — например, вытеснением или электролизом.
   Легирование и создание сплавов. Чтобы металл стал прочнее, твёрже или устойчивее к ржавчине, в него специально добавляют другие элементы. Так из железа делают нержавеющую сталь, добавляя хром и никель, или бронзу – сплав меди с оловом.
   Формовка. Готовый металл разливают в слитки, а затем прокатывают, штампуют, куют, чтобы получить листы, трубы, проволоку, балки и другие полуфабрикаты. Металлургия подразделяется на:
   Чёрную металлургию — это про железо и его сплавы: чугун, сталь, ферросплавы. Это основа строительства и тяжёлого машиностроения: именно из чёрных металлов делают рельсы, арматуру, крупные конструкции.
   Цветную металлургию, она занимается всеми остальными металлами: медью, алюминием, цинком, никелем, титаном и т. д. У них другие свойства: они легче, не ржавеют так сильно, лучше проводят ток. Поэтому их используют в авиации, электронике, энергетике.    Продукцию металлургии можно разделить на несколько групп:
   Сырьё и полуфабрикаты: слитки, заготовки. Это «полуфабрикат» для других заводов.
   Прокат: листы, полосы, трубы, уголки, швеллеры, арматура. Это то, из чего строят здания и мосты, делают машины.
   Сплавы с особыми свойствами: нержавеющая сталь, инструментальные стали, жаропрочные сплавы. Они нужны там, где важны прочность, стойкость к температуре или коррозии.
   Готовые изделия: рельсы, колёса, крепёж, детали машин. Часто их делают уже на машиностроительных предприятиях, но исходным материалом всё равно служит металл с металлургического завода.
   Побочные продукты. При выплавке чугуна образуется шлак — его используют в строительстве (например, для производства цемента и щебня). Газ, который выделяется в доменных печах, тоже не выбрасывают: его используют как топливо.

      Сообщение на тему: «Как получают и где применяют титан, никель, бериллий и хром»
    Эти металлы сильно отличаются друг от друга, поэтому и способы их получения разные, и области применения не совпадают.
    Титан
    Получение. Титан в природе встречается в виде оксидов — чаще всего в рутиле (TiO₂) или ильмените (FeTiO₃). Главной проблемой является то, что титан очень хорошо реагирует с кислородом и азотом, а при высоких температурах легко с ними реагирует, становясь хрупким. Поэтому используют многоступенчатый метод Кролля:
1. Руду хлорируют: при высокой температуре в присутствии углерода TiO₂ превращают в тетрахлорид титана TiCl₄.
2. TiCl₄ очищают перегонкой (он становится летучим, это удобно).
3. В инертной атмосфере (чтобы не было кислорода и влаги) TiCl₄ восстанавливают магнием: TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂. Получается губчатый титан.
4. Его переплавляют в вакуумно дуговых печах, чтобы получить плотный металл.
    Применение: титан ценится за уникальное сочетание: он почти такой же прочный, как сталь, но почти вдвое легче, плюс отлично сопротивляется коррозии. Поэтому его используют:
    • в авиации и космонавтике (детали двигателей, обшивки);
    • в судостроении и морской технике (не ржавеет в солёной воде);
    • в медицине (имплантаты, потому что он биосовместим и не вызывает отторжения).
    Никель
    Получение. Так как никелевые руды часто содержат сульфиды (например, NiS) и много сопутствующих металлов. То обычным способом получения является:
1. Обжиг руды: 2NiS + 3O₂ = 2NiO + 2SO₂. Так убирают серу и переводят никель в оксид.
2. Оксид восстанавливают углём или коксом: NiO + C = Ni + CO.
3. Полученный металл дополнительно очищают, например, электролизом: на катоде осаждается чистый никель, а примеси остаются в растворе или выпадают в шлак.
    Ещё есть гидрометаллургические методы: растворяют соединения никеля в кислотах, а потом выделяют металл осаждением или электролизом.
    Применение. Никель даёт сплавам прочность, пластичность и коррозионную стойкость, благодаря этим свойствам его применяют в производстве:
    • нержавеющей стали: никель стабилизирует структуру и делает сталь более устойчивой к ржавчине;
    • аккумуляторов (никель кадмиевые, никель металлогидридные) — за счёт способности никеля участвовать в обратимых окислительно восстановительных реакциях;
    • защитных покрытий: никелировка защищает детали от коррозии и придаёт красивый блеск.
Бериллий
Получение: бериллий встречается в минералах вроде берилла (Be₃Al₂Si₆O₁₈). Процесс сложный и дорогой:
1. Сначала из руды получают соединения бериллия, например, фторид бериллия BeF₂.
2. Чистый бериллий получают восстановлением магнием:
    BeF₂ + Mg = Be + MgF₂, либо электролизом расплавов солей.
3. Металл дополнительно очищают и переплавляют.
    Бериллий токсичен в виде пыли и паров, поэтому производство требует строгих мер безопасности.
    Применение. У бериллия редкий набор свойств: он очень лёгкий, но при этом жёсткий и тугоплавкий. Его используют:
    • в аэрокосмической технике и спутниках, где важна минимальная масса при высокой жёсткости;
    • в рентгеновской технике: бериллий почти прозрачен для рентгеновских лучей, поэтому из него делают окна трубок и детекторов;
    • в специальных сплавах (бериллиевая бронза) — для пружин и контактов, где нужна высокая упругость и электропроводность.
    Хром
    Получение. Основные руды – хромиты (FeCr₂O₄). Распространённый способ — металлотермия (алюминотермия):
1. Хромит сплавляют с содой и известью на воздухе, чтобы перевести хром в растворимую форму хромата.
2. Потом восстанавливают до оксида хрома Cr₂O₃.
3. Cr₂O₃ восстанавливают алюминием: Cr₂O₃ + 2Al = 2Cr + Al₂O₃. Это яркая экзотермическая реакция, похожая на термитную.
    Также используют восстановление углём в электропечах — так получают феррохром (сплав железа и хрома), который сразу идёт на производство сталей.
    Применение. Хром прежде всего используют для придания сплавам твёрдости и стойкости к коррозии:
    • легирование сталей: даже небольшое количество хрома делает сталь нержавеющей;
    • твёрдые покрытия: хромирование защищает детали от износа и придаёт зеркальный блеск;
    • пигменты и огнеупоры: соединения хрома используют в красках и материалах, устойчивых к высоким температурам.

   Выбор площадки для алюминиевого комбината — задача непростая: производство крайне ресурсоёмкое. К нему необходимо выдвигать следующие требования, которые я разделил на несколько блоков:
   1 блок: Ресурсы и энергетика
   Близость к сырью. Желательно, чтобы рядом были месторождения бокситов или других алюминиевых руд – это сильно снижает логистические издержки. Хотя иногда выгоднее строить ближе к транспортным узлам и завозить сырьё издалека.
   Надёжное и масштабное энергоснабжение. Производство алюминия — один из самых энергоёмких промышленных процессов. Площадка должна находиться вблизи мощных источников: крупных ГЭС, ТЭЦ, АЭС. При этом критически важна надёжность: перебои в электроснабжении парализуют процесс, поэтому нужны резервные линии или возможность быстрого подключения.
   Доступ к воде. Для технологических процессов (охлаждение, промывка) требуется значительный объём воды. Оценивают не только наличие реки или озера, но и возможность организовать замкнутый водооборот (чтобы минимизировать забор свежей воды и сброс стоков). Также важно качество воды и возможность её очистки.
   2 блок: Транспортная инфраструктура
   • Площадка должна иметь удобные связи для логистики:
   • железнодорожные ветки для доставки сырья и вывоза готовой продукции;
   • автомобильные дороги;
   • в некоторых случаях — доступ к водным путям (речным или морским портам, если сырьё планируется завозить морем).
   3 блок: Геология и рельеф
   Устойчивость грунтов. Перед строительством проводят геологические изыскания: слабые, заболоченные или просадочные грунты потребуют дорогостоящих мероприятий (например, устройства свайных фундаментов).
   Рельеф. Он влияет на планировку площадки, прокладку коммуникаций и организацию транспортных потоков.    4 блок: Экологические и социальные факторы
   Расстояние до населённых пунктов. Нужно соблюдать санитарно-защитные зоны, чтобы минимизировать воздействие на жителей (шум, выбросы).
   Особо охраняемые природные территории (ООПТ). Нельзя размещать комбинат в зонах с особым природоохранным статусом — это приведёт к юридическим запретам.
   Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС). Ещё на этапе проектирования нужно детально проанализировать, как производство повлияет на воздух, воду, почву, флору и фауну, и заложить в проект меры по снижению негативного воздействия.
   Общественное мнение. Активная позиция местных жителей может существенно повлиять на реализацию проекта.
   5 блок: Инфраструктура для персонала
   Наличие или возможность создания социальной инфраструктуры: жильё для работников, медицинские учреждения, школы, объекты торговли и досуга.
   Доступность квалифицированных кадров в регионе или возможность их привлечения.
   6 блок: Нормативно-правовые аспекты
   Соответствие строительным, экологическим и промышленным нормам и правилам. Возможность получения необходимых разрешений и согласований (в том числе от контрольно-надзорных органов).
   Часто оптимальный вариант находят не сразу. На практике проводят многовариантные расчёты: сравнивают несколько локаций, оценивая не только очевидные факторы (близость к руде или ГЭС), но и скрытые издержки (например, стоимость укрепления грунтов или протяжённость ЛЭП).